CN103017932A - 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统 - Google Patents

石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103017932A
CN103017932A CN2012104938021A CN201210493802A CN103017932A CN 103017932 A CN103017932 A CN 103017932A CN 2012104938021 A CN2012104938021 A CN 2012104938021A CN 201210493802 A CN201210493802 A CN 201210493802A CN 103017932 A CN103017932 A CN 103017932A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature measurement
measurement system
melting furnace
sound wave
receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104938021A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋丽微
马建伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghai Silicon Industry Energy Saving Technology Research Institute Henan University Of Science And Technology
Original Assignee
Donghai Silicon Industry Energy Saving Technology Research Institute Henan University Of Science And Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghai Silicon Industry Energy Saving Technology Research Institute Henan University Of Science And Technology filed Critical Donghai Silicon Industry Energy Saving Technology Research Institute Henan University Of Science And Technology
Priority to CN2012104938021A priority Critical patent/CN103017932A/zh
Publication of CN103017932A publication Critical patent/CN103017932A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明公开了石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，在石英熔融炉（1）上安装该声波测温系统，所述的声波测温系统包括声波发生器（2）、传声器（3）、声波导管（4）、接收器（5）和控制器（6），熔融炉（1）外安装声波发生器（2），熔融炉（1）外壁上安装传声器（3）和接收器（5），熔融炉（1）内壁上位于传声器（3）和接收器（5）之间安装声波导管（4），接收器（5）连接控制器（6），整体构成声波测温系统。本发明结构简单，操作方便，是以测量温度、温度场重建为主的测量方式，不仅能够实现测温功能，同时能够实现超高温等环境的温度场的在线监测。

Description

石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统
技术领域
本发明涉及石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，尤其适用于石英熔炉的温度测量。
背景技术
目前，超高温的温度测量装置一般都工作在开放的环境中，在这种环境内，压强范围在一个大气左右。而在冶金行业中，如钢铁冶炼，一般采用损耗性直接接触式测温、间接型红外测温或黑体辐射测温，此类测温方式虽然能够满足高温条件下的测量，但是不能用于密闭的环境。传统的温度测量能准确的完成“点”温度的测量，而在熔融石英行业中，还没有合适的测温方式应用在此行业，整个熔融炉内的温度场和空间温度分布是亟待解决的问题，直接影响着成品率。
发明内容
本发明的目的是：提供一种石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，是基于超声波的温度场在线监测系统，应用在熔融石英行业，反应熔融炉内温度场和空间温度分布。
本发明的技术解决方案是：在石英熔融炉上安装该声波测温系统，所述的声波测温系统包括声波发生器、传声器、声波导管、接收器和控制器，熔融炉外安装声波发生器，熔融炉外壁上安装传声器和接收器，熔融炉内壁上位于传声器和接收器之间安装声波导管，接收器连接控制器，整体构成声波测温系统。
其中，所述的控制器包括信号调理器、端子板、数采卡、显示器主机、功率放大器和继电器开关板，信号调理器经端子板、数采卡连接显示器主机，显示器主机经功率放大器连接继电器开关板，信号调理器和继电器开关板共连接传声器和接收器，端子板经控制信号电缆连接继电器开关板，整体构成控制器。
其中，一组传声器和接收器平均安装在炉膛外侧的同一个横截面上。
其中，所述声波发生器为气动声源，声源选择1.5-10KHZ，声压级大于126db。
其中，所述传声器或接收器为不锈钢材料封装的内置放大器的压电式麦克。
其中，所述声波导管为不锈钢指数型声波圆管。
工作时，声波发生器发声，声波通过传声器、声波导管传入炉膛，经过炉体后，被相应的接收器接收，由控制器在线测量温度和在线监测温度。
 
本发明结构简单，操作方便，是以测量温度、温度场重建为主的测量方式，实现对石英熔融炉等密闭环境下超高温的测量和在线监测。
附图说明
图1是波动示意图。
图2是单路径声学测温示意图。
图3是熔融炉安装八个收发器的截面分布和测量路径示意图。
图4是测量示意图。
图5是本发明的声波测温系统框图。
图中：1熔融炉，2声波发生器，3传声器，4声波导管，5接收器，6控制器，7信号调理器，8端子板，9数采卡，10显示器主机，11功率放大器，12继电器开关板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
如图5所示，在石英熔融炉1上安装该声波测温系统，所述的声波测温系统包括声波发生器2、传声器3、声波导管4、接收器5和控制器6，熔融炉1外安装声波发生器2，熔融炉1外壁上安装传声器3和接收器5，熔融炉1内壁上位于传声器3和接收器5之间安装声波导管4，接收器5连接控制器6，整体构成声波测温系统。
其中，所述的控制器包括信号调理器7、端子板8、数采卡9、显示器主机10、功率放大器11和继电器开关板12，信号调理器7经端子板8、数采卡9连接显示器主机10，显示器主机10经功率放大器11连接继电器开关板12，信号调理器7和继电器开关板12共连接传声器3和接收器5，端子板8经控制信号电缆连接继电器开关板12，整体构成控制器。
其中，一组传声器3和接收器5平均安装在熔融炉1的炉膛外侧的同一个横截面上。
其中，所述声波发生器2为气动声源，声源选择1.5-10KHZ，声压级大于126db。
其中，所述传声器3或接收器5为不锈钢材料封装的内置放大器的压电式麦克。
其中，所述声波导管4为不锈钢指数型声波圆管。
如图1所示，为波动示意图，声压为                                               
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE002
,质点速度
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE004
，密度增量
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE006
，可以求出波动方程
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE008
继而推倒出速度方程
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE010
。
如图2所示，为测温示意图，声学测温所需的装置就是一个安装在炉墙一侧的传声器和安装在另一侧的接收器，由于两者之间的距离D是固定的已知常数，则可以通过测定声波的飞行时间，来确定声波在传播路径上的平均速度
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE012
实际的环境中，在非均匀介质中由于折射和反射的存在，声线就不再保持直线，考虑弯曲效应，在所有连接两定点A，B的曲线中，求出一条曲线，以最短的时间从A点到B点，连接A，B的光滑曲线可表为
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE014
沿着曲线，从A到B的时间为
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE016
根据变分为零等公式，推导出曲线路径为
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE018
对上述方程，采用非线性打靶法不断迭代求解。
如图3所示，为熔融炉内测量系统分布图，有8个收发器组成的28条路径，8个收发器平均的安装在同一个横截面上；通过测量声波沿每条声波路径的飞行时间值，经过重建算法，便可重建炉内温度场典型平面温度分布。
针对传统的过零点法误差较大的问题，本发明采用广义相关法进行分析，以单路径为例进行说明，如图4所示，对于离散系统，通道1和通道2的信号模型为
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE022
              
其中，
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE024
表示信号，
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE026
和表示噪声，D表示时间延迟的点数，
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE030
表示衰减系数，广义相关函数为
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 2012104938021100002DEST_PATH_IMAGE034
表示傅立叶变换；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
表示共轭；表示傅立叶逆变换；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
表示频域处理的加权函数；在熔融炉应用过程中，为了减弱或消除噪声对相关法时延估计的影响，本发明选择了最大似然加权，在相关之前在频域进行加权处理，权因子定义为  
Figure DEST_PATH_IMAGE042
Figure DEST_PATH_IMAGE044
                 
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure DEST_PATH_IMAGE050
分别表示信号的自功率谱和互功率谱，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为两信号的模平方相干函数；考虑到实际的熔融炉噪声接近高斯分布，本发明提出了基于高阶累计量的时间延迟估计算法的双谱估计，当炉膛噪声服从高斯分布时，可以完全去除噪声的干扰，大大提高测量的准确度；双谱定义为信号三阶累积量或三阶矩的二维傅立叶变换，即
式中，表示双谱函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
表示信号的三阶矩或三阶累积量；接收信号的自三阶矩
Figure DEST_PATH_IMAGE064
两个接收信号
Figure 438405DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure DEST_PATH_IMAGE066
的互三阶矩为
Figure DEST_PATH_IMAGE070
则相应的自双谱和互双谱为
Figure DEST_PATH_IMAGE072
Figure DEST_PATH_IMAGE074
式中，F表示二维傅立叶变换，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
是源信号的双谱；
Figure DEST_PATH_IMAGE078
采用计算函数
Figure DEST_PATH_IMAGE080
当
Figure DEST_PATH_IMAGE082
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
出现峰值，所以时延估计值为
在温度场重建过程中，不可能同时进行温度场重建和求解声波路径；通过不断的迭代，直至重构结果收敛。
    如图5所示，为声波测温系统，通过数采卡的高电平控制继电器的通断，每次只有一个扬声器发射声波脉冲，与其他7个接收器接受的信号相关运算；端子板为两个68针接头的端子板，一端与信号调理器相连，另一端通过同轴电缆与数采卡相连，同时将控制和接地管脚引出。

Claims (6)

1.石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，在石英熔融炉（1）上安装该声波测温系统，其特征是：所述的声波测温系统包括声波发生器（2）、传声器（3）、声波导管（4）、接收器（5）和控制器（6），熔融炉（1）外安装声波发生器（2），熔融炉（1）外壁上安装传声器（3）和接收器（5），熔融炉（1）内壁上位于传声器（3）和接收器（5）之间安装声波导管（4），接收器（5）连接控制器（6），整体构成声波测温系统。
2.根据权利要求1所述的石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，其特征是：其中，所述的控制器（6）包括信号调理器（7）、端子板（8）、数采卡（9）、显示器主机（10）、功率放大器（11）和继电器开关板（12），信号调理器（7）经端子板（8）、数采卡（9）连接显示器主机（10），显示器主机（10）经功率放大器（11）连接继电器开关板（12），信号调理器（7）和继电器开关板（12）共连接传声器（3）和接收器（5），端子板（8）经控制信号电缆连接继电器开关板（12），整体构成控制器。
3.根据权利要求1所述的石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，其特征是：其中，一组传声器（3）和接收器（5）平均安装在熔融炉（1）的炉膛外侧的同一个横截面上。
4.根据权利要求1所述的石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，其特征是：其中，所述声波发生器（2）为气动声源，声源选择1.5-10KHZ，声压级大于126db。
5.根据权利要求1所述的石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，其特征是：其中，所述传声器（3）或接收器（5）为不锈钢材料封装的内置放大器的压电式麦克。
6.根据权利要求1所述的石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统，其特征是：其中，所述声波导管（4）为不锈钢指数型声波圆管。
CN2012104938021A 2012-11-28 2012-11-28 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统 Pending CN103017932A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104938021A CN103017932A (zh) 2012-11-28 2012-11-28 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104938021A CN103017932A (zh) 2012-11-28 2012-11-28 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103017932A true CN103017932A (zh) 2013-04-03

Family

ID=47966792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104938021A Pending CN103017932A (zh) 2012-11-28 2012-11-28 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103017932A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105241574A (zh) * 2015-10-13 2016-01-13 华北电力大学（保定） 考虑声线弯曲行为的炉内三维温度场声学重建方法
CN105865654A (zh) * 2016-03-23 2016-08-17 东南大学 一种声波测温信号的选取方法及锅炉测温方法
CN107656897A (zh) * 2017-08-10 2018-02-02 东南大学 基于常量时间奇异值分解的快速高阶线路径分离方法
CN109298010A (zh) * 2017-07-25 2019-02-01 中国石油化工股份有限公司 一种检测岩芯高温熔融特征的系统
TWI731812B (zh) * 2020-10-30 2021-06-21 中國鋼鐵股份有限公司 估測高爐溫度的方法、電腦程式產品及電腦可讀取紀錄媒體

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101403643A (zh) * 2008-11-14 2009-04-08 华北电力大学 一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置
US20090279582A1 (en) * 2004-11-11 2009-11-12 Christopher Yakymyshyn Temperature Sensor and Extensometer for Electrical Power Cables
CN202075062U (zh) * 2011-04-13 2011-12-14 沈阳航空航天大学 基于声波传感器的炉膛温度场与炉管泄漏一体化检测装置
CN202947815U (zh) * 2012-11-28 2013-05-22 河南科技大学东海硅产业节能技术研究院 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090279582A1 (en) * 2004-11-11 2009-11-12 Christopher Yakymyshyn Temperature Sensor and Extensometer for Electrical Power Cables
CN101403643A (zh) * 2008-11-14 2009-04-08 华北电力大学 一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置
CN202075062U (zh) * 2011-04-13 2011-12-14 沈阳航空航天大学 基于声波传感器的炉膛温度场与炉管泄漏一体化检测装置
CN202947815U (zh) * 2012-11-28 2013-05-22 河南科技大学东海硅产业节能技术研究院 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
沈国清: "基于声波理论的炉膛温度场在线监测技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105241574A (zh) * 2015-10-13 2016-01-13 华北电力大学（保定） 考虑声线弯曲行为的炉内三维温度场声学重建方法
CN105241574B (zh) * 2015-10-13 2017-11-07 华北电力大学（保定） 考虑声线弯曲行为的炉内三维温度场声学重建方法
CN105865654A (zh) * 2016-03-23 2016-08-17 东南大学 一种声波测温信号的选取方法及锅炉测温方法
CN105865654B (zh) * 2016-03-23 2018-07-27 东南大学 一种声波测温信号的选取方法及锅炉测温方法
CN109298010A (zh) * 2017-07-25 2019-02-01 中国石油化工股份有限公司 一种检测岩芯高温熔融特征的系统
CN107656897A (zh) * 2017-08-10 2018-02-02 东南大学 基于常量时间奇异值分解的快速高阶线路径分离方法
CN107656897B (zh) * 2017-08-10 2021-02-09 东南大学 基于常量时间奇异值分解的快速高阶线路径分离方法
TWI731812B (zh) * 2020-10-30 2021-06-21 中國鋼鐵股份有限公司 估測高爐溫度的方法、電腦程式產品及電腦可讀取紀錄媒體

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103017932A (zh) 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统
US9632062B2 (en) Ultrasonic pipe measurement apparatus
CN101403643A (zh) 一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置
CN107071195B (zh) 基于一范数零吸引的指数函数回声消除方法
RU2658071C1 (ru) Ультразвуковая система для неразрушающего контроля
CN103995146A (zh) 超声波测风装置与方法
CN111503527B (zh) 基于自适应多元变分模态分解的流体管道泄漏定位方法
CN108037410B (zh) 一种基于可控响应功率的局部放电超声波定位方法与装置
CN103438990A (zh) 一种高温环境下声场测量与分析装置及其分析方法
Yan et al. Acoustic tomography system for online monitoring of temperature fields
CN104360251A (zh) 一种变压器局部放电的超声波信号时延估计方法
US11976961B2 (en) Transducer transfer impedance calibration device based on spatial frequency domai smoothing technology
Huang et al. Ultrasonic communication system design using electromagnetic acoustic transducer
CN202947815U (zh) 石英熔融炉高温密闭环境下的声波测温系统
CN110617900B (zh) 一种基于超声波的链篦机球团温度实时测量装置及测量方法
CN110296913B (zh) 一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及其检测方法
CN103616227B (zh) 管路消声器降噪效果评估装置及评定方法
CN110564905A (zh) 一种对高炉炉衬冲击回波检测的信号处理方法及系统
CN103926018A (zh) 一种液体温度测量装置及方法
Li et al. Experimental study on acoustic vector tomography of 2-D flow field in an experiment-scale furnace
CN105865654B (zh) 一种声波测温信号的选取方法及锅炉测温方法
Zhang et al. Monitoring ash fouling in power station boiler furnaces using acoustic pyrometry
Jiang et al. Modelling of channels for intra-corporal ultrasound communication
CN110296912B (zh) 基于超声的粉尘云团扩散动态湍流动能的检测系统及方法
CN110308079B (zh) 一种变截面的粉尘扩散浓度解算系统及超声检测优化方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130403